Vad är Proof-of-Work?

När protokoll som Polkadot, Solana, Cardano och Ethereum 2.0 blir välkända inom kryptogemenskapen, undrar vissa om Proof-of-Stake (PoS) kommer att lyfta kryptovalutor till nya höjder när det gäller pris och…

Källa: Adobe Stock

Med uppgången av kryptovalutor 2021 blir Bitcoins arv starkare och starkare. När institutioner fortsätter att investera i Bitcoin och decentraliserade applikationer fortsätter att nå allmänhetens händer, vill en ökande mängd människor veta hur dessa nya tekniker fungerar. Om en nyfiken kryptoanvändare stöter på mining, är det troligt att användaren kommer att stöta på begreppen Proof-of-Work (PoW) och Proof-of-Stake (PoS).

Låt oss titta på hur denna konsensusmekanism först kom till för att få en övergripande bättre bild av kryptovaluta.

En Kort Historia om Proof-of-Work

Proof-of-Work har sina rötter i e-postteknologi. Spam-meddelanden var vanliga i början av 1990-talet, och en artikel av två akademiker, Cynthia Dwork och Moni Naor, publicerades under denna tid om hur man skulle stoppa detta spam-meddelande. 1992 användes redan kryptografi för kedjor av block i dokument. Men först 2004 gjordes banbrytande arbete genom utvecklade tokens som tillät användare att konsekvent validera varje token på en legitim server.

Uppmärksammat av finanskrisen 2008 använde Satoshi Nakamoto, Bitcoins anonyma grundare, flera tekniker för att skapa den konsensusmekanism vi nu känner till inom krypto som Proof-of-Work. Idag har Proof-of-Work implementerats på nätverk som Bitcoin, Litecoin, Ethereum och Dogecoin. Trots det faktum att nyare protokoll för decentraliserade applikationer experimenterar med alternativa konsensusmekanismer som Proof-of-Stake (PoS), delegated Proof-of-Stake (dPoS), och andra experimentella algoritmer som använder en fusion av både Proof-of-Work och Proof-of-Stake, anses det fortfarande vara den mest säkra och beprövade konsensusalgoritmen idag.

Vad är Proof-of-Work?

Bitcoin och andra nätverk fungerar på vad som kallas Proof-of-Work (PoW) konsensusmekanism. Konsensusmekanismer är vad som låter hela systemet komma överens om nätverkets nuvarande tillstånd och kräver deltagande från både miners som agerar som transaktionsvaliderare, samt individuella noder som verkställer konsensusreglerna. Det är avgörande att varje enskild nod har exakt samma kopia av huvudboken och verkställer samma konsensusregler för att vara ‘i konsensus.’

Om en dator nod har en version av Bitcoin-protokollet medan en annan kör en något annorlunda version av Bitcoin, är nätverket inte kompatibelt. Eftersom Bitcoin och andra blockkedjeprotokoll fungerar genom att varje transaktion permanent registreras i en digital huvudbok, skulle en annan “konsensus” om hur den digitala huvudboken fungerar göra funktionaliteten meningslös. Helt enkelt uttryckt måste varje dator vara “i konsensus” för att blockkedjan ska vara giltig.

En av huvudfaktorerna för decentralisering är att inte vara underordnad en central myndighet, att lagarna som styr ett blockkedjeprojekt följer matematik och kod. Alternativet är en central myndighet som dikterar hur ett protokoll ska fungera. Nackdelarna är självklara, med enheter som kan missbruka sin makt över ett system. Därför är konsensusalgoritmer en av de viktigaste delarna för att uppnå ett funktionsdugligt och förtroendefullt system med minimerade risker.

Som en mekanism för säkerhet använder PoW också energi och beräkning för att skydda nätverket mot attacker. Genom att använda kryptografi, hashfunktioner och komplicerade pussel arbetar PoW för att säkerställa att den digitala huvudboken förblir oföränderlig. För att ändra i blockkedjan skulle man behöva enorm beräkningskraft och hårdvara som kan lösa algoritmer av oerhörd svårighet. Detta är vad som gör Proof-of-Work-blockkedjenätverk så säkra.

Mining och Proof-of-Work

Genesis Mining center. Källa: Marco Krohn / Wikimedia Commons.

Inom kryptovärlden har begreppen mining och Proof-of-Work blivit synonyma. Det är lätt att förstå varför: PoW refererar till det arbete som utförts genom att spendera energi. I sin tur delar gruvarbetare en belöning i form av Bitcoin-block, vilket ofta kallas “mining bitcoin”.

I början var det mycket lättare att bryta mynt eftersom det inte var så många som gruvade Bitcoin, Litecoin, Ethereum osv. Det var inte lika konkurrenskraftigt eftersom det inte skapades lika många block. Blocken är där transaktionsdata permanent registreras på blockkedjan. Att bryta ett block innebär att hitta en lösning på matematikproblemet, och gruvarbetarna får belöningar i form av block och transaktionsavgifter för att bryta block. Var 2016:e block justeras Bitcoin-gruvarbetets svårighetsgrad uppåt eller nedåt, beroende på antalet tillgängliga gruvarbetare. Varje blocks genomsnittliga tid är alltid cirka 10 minuter.

Tidigare kunde du använda vilken gammal dator som helst för att bryta Bitcoin. Under åren har svårighetsgraden för gruvning ökat till den grad att du behövde grafikkort eller specialiserade maskiner som kallas ASIC för att bryta. Nu har vi en situation där hela gruvarbetsområden byggs bara för att vara konkurrenskraftiga i Bitcoin-gruvning. Om du inte har stora resurser och billig energi är det inte nödvändigtvis lönsamt att bryta Bitcoin.

Lång historia kort, gruvning fungerar så här. Säg att jag vill att du ska gissa ett nummer mellan 1 och 20. Enkelt, eller hur? Vi lekte alla det här spelet som barn. Men säg att jag vill att du ska gissa ett nummer mellan 1 och 1 miljard. Lite svårare. Nu vill jag att du ska gissa en 64-siffrig sträng av 16 symboler, från 1-10 och bokstäverna A-G. Du kanske behöver ha en IQ på 3000 eller en enormt kraftfull maskin för att gissa att jag tänkte på datan 1eF32a0a026bb49… och så vidare.

Om du gissade rätt med din ultra giga-hjärna, grattis. Du har “bevisat arbetet”. Detta är varför Proof-of-Work var pålitligt så länge och fortfarande har giltigt bevis för att stödja det. Du skulle behöva enorm beräkningskraft för att ens kunna kontrollera eller hacka nätverket på grund av all kryptografiskt arbete som utförs på det. Uppgiften skulle kräva en herkulisk ansträngning.

Proof-of-Work vs. Proof-of-Stake

Även om den elektriska energi som krävs för att generera Proof-of-Work överdrivs av massmedier, kräver Bitcoin-gruvning fortfarande betydande mängder energi. Bitcoin använder 0,5% av världens energiproduktion, lika mycket som en megastad som Las Vegas, även om dess anhängare hävdar att en stor del av hashraten kommer från förnybara energikällor eller överflödig energi.

En annan vanlig kritik mot Proof-of-Work-mynt är att konsensusalgoritmen gynnar gruvarbetare som har fler resurser, eftersom de med mycket pengar kan köpa hela byggnader fyllda med gruvverktyg och bryta kryptovalutor. I motsats till det fungerar Proof-of-Stake-protokollet så att chansen att validera block är proportionell mot den mängd valuta du äger. Så det finns en grundläggande nivå av resurser du behöver, det vill säga hur mycket kryptovaluta du behöver “stake” för att “bevisa” eller validera nätverket, utöver hårdvarukraven. Istället för gruvning fungerar Proof-of-Stake med valideringsnoder, som drivs av användare som validerar nätverket.

Proof-of-Stake har dock andra problem, som att en blockchain kan bli övertagen. I PoS, om plötsligt en grupp människor går samman för att ta över 51% av nätverket, eller ens en enda kraftfull individ köper mer än hälften av protokollets stakedel, då är nätverket komprometterat. I teorin kan detta vara möjligt, men i praktiken har det varit opraktiskt att utföra. Trots detta och andra problem kan vissa protokoll i framtiden välja att använda en kombination av Proof-of-Work- och Proof-of-Stake-idéer.

Avslutande tankar

Proof-of-Work, även om det ursprungligen hade sina rötter i den tidiga internetutvecklingen, har blivit ett begrepp associerat med kryptovalutor, vilket kan vara idéns största och mest varaktiga arv. Trots kontroverser är PoW:s miljöpåverkan fortfarande högst tvivelaktig, till skillnad från den oöverträffade säkerhet det ger för Bitcoin-nätverket.